Nuevo experimento arroja luz en torno al origen del agua en la Tierra, siendo comparado con lo descubierto con exoplanetas.

En una nueva investigación se concluye que el agua de la Tierra podría haberse originado a partir de interacciones entre atmósferas ricas en hidrógeno y océanos de magma de embriones planetarios como los de ella en formación, estos resultados se han publicado en Nature.

Los primeros continentes se reciclaban en el manto terrestre. Foto NASA, Goddard / Archivo.

Durante las últimas décadas, lo que los investigadores sabían sobre la formación de los planetas se basaba principalmente en nuestro Sistema Solar, sin embargo, hay algunos debates activos sobre el origen de los planetas gigantes gaseosos como son: Júpiter y Saturno.

Sobre la Tierra y los demás pequeños cuerpos rocosos, los más cercanos a la estrella rectora del Sistema Solar que habitamos, existe un amplio consenso en lo referente a su formación y se teoriza que se acrecionaron a partir del disco de polvo y gas que rodeaba al Sol en su juventud.

La teoría dice que: Al chocar entre sí objetos cada vez más grandes, los "planetesimales bebé" que acabaron formando la Tierra, fueron crecieron y se calentaron, fundiéndose en un vasto océano de magma debido al calor de las colisiones y a los elementos radiactivos. Con el tiempo, al enfriarse el cuerpo celeste, el material más denso se hundió hacia el interior, separándolo en tres capas distintas: el núcleo metálico, el manto rocoso de silicatos y la corteza del planeta.

Sin embargo, en tiempos más recientes, con el empleo de nuevas tecnologías y teorías, hoy abundan los estudios de exoplanetas, situación que dio lugar a un nuevo enfoque para modelar el estado embrionario de la Tierra.

Explicó la doctora Anat Shahar, científica del personal del "Laboratorio de la Tierra y los Planetas" de la Institución Carnegie de Washington y profesora adjunta de la Universidad de Maryland : “Con el tiempo, las envolturas de ese elemento químico se disipan, pero dejan sus huellas en la composición del joven planeta. Los descubrimientos de exoplanetas han permitido apreciar mucho mejor lo común que es que los recién formados estén rodeados de atmósferas ricas en hidrógeno molecular durante sus primeros millones de años de crecimiento”.

Con esta información, la doctora Shahar y sus coautores al doctor en Geoquímica Edward Young y la doctora en Astrofísica Hilke Schlichting, ambos de la Universidad de California en Los Ángeles, desarrollaron nuevos modelos de la formación y evolución de la Tierra para ver si podían reproducirse los rasgos químicos distintivos de nuestro planeta. 

Utilizando un modelo recién desarrollado, pudieron demostrar que, en los inicios de la existencia de la Tierra, las interacciones entre el océano de magma y una protoatmósfera de hidrógeno molecular podrían haber dado lugar a algunos de los rasgos característicos de la Tierra, como son su abundancia de agua y su estado general oxidado.

Mediante modelos matemáticos, les fue posible explorar el intercambio de materiales entre las atmósferas de hidrógeno molecular y los océanos de magma, analizando veinticinco compuestos y dieciocho reacciones diferentes, tan complejas como para arrojar datos valiosos sobre la posible historia formativa del planeta, pero lo bastante sencillas como para interpretarlas en su totalidad.

Las interacciones entre el océano de magma y la atmósfera en su Tierra bebé simulada dieron lugar al movimiento de grandes masas de hidrógeno hacia el núcleo metálico, la oxidación del manto y la generación de grandes cantidades de agua.

El equipo de investigadores precisaron: "Incluso si todo el material rocoso que chocó para formar el planeta en crecimiento estuviera completamente seco, esas interacciones entre la atmósfera molecular de hidrógeno y el océano de magma generarían copiosas cantidades de agua, revelaron los investigadores. Otras fuentes del recurso son posibles, pero no necesarias para explicar el estado actual de la Tierra".

Y concluyó la doctora Anat Shahar: “Es sólo una posible explicación, pero que establecería un importante vínculo entre la historia de la formación de la Tierra y los exoplanetas más comunes que se han descubierto orbitando a estrellas lejanas, que se denominan "super-Tierras" y  "sub-Neptunos", dependiendo de su tamaño”.

Este trabajo forma parte del proyecto interdisciplinaria y multiinstitucional "Aether", iniciado y dirigido por la doctora Shahar, cuyo objetivo es desvelar la composición química de los planetas más comunes de la Vía Láctea y desarrollar un marco para detectar indicios de vida en mundos lejanos.

La Fundación Alfred P. Sloan, es la que ha financiado este proyecto, en su carácter de institución que funciona sin ánimo de lucro, en un papel filantrópico, con programas e intereses  principalmente en áreas como: la ciencia y tecnología, nivel de vida, desarrollo económico, y educación.

Imagen que recrea los Exoplanetas de la estrella enana "TOI-1266", tomada de la página C3 de la UNAM.

En profundización del tema, se conoce que en el mes de noviembre del año 2020, una colaboración internacional, realizó una serie de observaciones cuyos resultados se publicaron en  la revista "Astronomy and Astrophysics", misma que fue liderada por científicos de la Universidad de Berna, Suiza, la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), y la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y en la que participaron investigadores del "Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas" y (CONICET), se logró la detección de un sistema planetario en el que se hallaron dos planetas (b y c) que pertenecen a los grupos llamados super-Tierra y sub-Neptuno, respectivamente, y que orbitan la estrella enana "TOI-1266". 

Explicó Romina Petrucci, investigadora adjunta del (CONICET) en el Observatorio Astronómico de Córdoba, (Universidad Nacional de Córdoba, Argentina), quien es una de las participantes del proyecto "Saint-Ex", en el marco del cual se realizó la observación: “Estos planetas son ideales para poner a prueba distintas teorías que existen sobre cómo se forman y evolucionan los planetas de tamaños pequeños”.

El proyecto "Saint-Ex", acrónimo de "Search And CharacterisatioN of Transiting EXoplanets" , en español (Búsqueda y Caracterización de Exoplanetas en Tránsito), consta de un telescopio de  un metro de diámetro con una cámara CCD de última tecnología, cuyo propósito fundamental es el de detectar planetas terrestres alrededor de estrellas frías. El director principal del proyecto es el astrónomo Brice-Olivier Demory de la Universidad de Berna, y la coordinadora a nivel mundial es Yilen Gómez Maqueo Chew, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM. El proyecto recibió su nombre en honor a Antoine de Saint-Exupéry, (1900 - 1944)  escritor y aviador, autor de el libro "El Principito".

Lo que hace este telescopio es detectar los planetas con la técnica de tránsitos planetarios, una técnica muy extendida que se basa en medir de manera continua y durante varias noches, el brillo de una estrella, que se espera que sea aproximadamente constante en el tiempo. Y, si la estrella alberga un planeta, cuando éste pasa entre el observador en la Tierra y la estrella, parte de ese brillo disminuye. Lo cual los astrónomos pueden utilizar para calcular el tamaño de ese objeto que está interfiriendo.

Esta también es la técnica que utiliza "TESS", (Transiting Exoplanet Survey Satellite), en español (Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito), que monitorea desde el espacio el cielo Terrestre en busca de exoplanetas. Lo que hace TESS es observar por varios días estrellas brillantes del hemisferio Norte y Sur y cuando encuentra una disminución en la luz de alguna de ellas, emite una alerta. Estos datos que brinda el satélite, sin embargo, se deben complementar con observaciones desde la Tierra.

Con la alerta de "TESS", entonces, los investigadores orientaron las observaciones hacia la estrella que les indicó este satélite, y a partir de las imágenes obtenidas con "Saint-Ex" pudieron confirmar la detección de los dos exo-planetas orbitando a su alrededor.

“En enero y febrero de 2020, observamos un tránsito planetario del "planeta b", que sería el "Sub-Neptuno y del "planeta c", que sería la "Super-Tierra", alrededor de esta estrella que se llama "TOI-1266". Para confirmar que efectivamente se trataba de planetas, se usaron otros tránsitos de otros telescopios, datos espectroscópicos, e imágenes de alta resolución, que permitieron garantizar que la disminución en el brillo encontrada no provenía de otra estrella sino que era de origen planetario”, cuenta Petrucci y agrega: “Emiliano Jofré, que es investigador adjunto del CONICET, en el Observatorio Astronómico de Córdoba, fue el encargado, junto a otros coautores, de caracterizar esta estrella, y confirmar que se trataba de una estrella fría”.

La investigación que permita explicar a satisfacción la formación de nuestro planeta se va completando, aunque es claro que falta un largo camino para lograrlo, mientras tanto, sigamos conociendo a mayor profundidad los conocimientos que emergen de las nuevas observaciones y estudios matemáticos. Adicionalmente se mantiene la búsqueda de exoplanetas, que en primera instancia nos muestren si contienen vida, y en segundo lugar nos permitan comprender la forma en la que se formó y evolucionó nuestro planeta.